Все леса мира — из одного слоя клеток

Новое исследование показало, что огромные стволы деревьев — от древних европейских буков до гигантских калифорнийских секвой и австралийских эвкалиптов царственных — формируются из единственного слоя клеток, ширина которого не превышает кончика иглы.

Это открытие, сделанное исследовательской группой в кампусе Кресвик Мельбурнского университета, открывает возможности для увеличения потенциала роста деревьев и, возможно, для более быстрого выращивания и производства большего количества древесины.

Загадка сосудистого камбия

Центральную роль в росте дерева играет цилиндр активно делящихся клеток в стволе и ветвях, расположенный прямо под корой — сосудистый камбий. Эти клетки производят древесину (ксилему) внутрь растущего стебля и кору (флоэму) — наружу. По мере роста дерева этот цилиндр клеток расширяется и производит большую часть лесной биомассы планеты в виде древесины.

Несмотря на важность древесины как возобновляемого ресурса, точное понимание того, как клетки камбия выполняют свою работу, отсутствовало. На протяжении более века шли дебаты о том, из скольких слоёв клеток состоит сосудистый камбий и насколько предопределена судьба отдельных клеток в нём.

Метод и открытие

Чтобы это выяснить, команда разработала уникальный процесс — Анализ индуцированных соматических секторов (Induced Somatic Sector Analysis, ISSA). Этот метод помечает генетической меткой отдельные клетки в стеблях тополей, что позволяет проследить путь клетки к формированию древесины или коры.

Результаты показывают, что сосудистый камбий обладает единственным клеточным слоем истинных камбиальных инициалей (initiating cells или initials), которые вносят вклад в образование древесины и коры.

Ключевые наблюдения

• Истинные камбиальные инициали часто разрушаются и теряются из камбия — около трети из них в период с поздней весны до конца лета.
• Анализ паттернов роста показывает, что скорость деления клеток древесины и коры контролируется независимо друг от друга.
• Существуют чёткие доказательства существования в области камбия различных клеточных идентичностей с предпочтительными путями развития.

Значение для науки и промышленности

Эти открытия могут иметь глубокие последствия для лесной промышленности. Лучшее понимание того, как древесина и кора формируются из инициирующего слоя клеток, можно интегрировать в программы по улучшению деревьев, помогая создавать более качественные продукты из древесины и коры.

По мере углубления понимания генов, контролирующих скорость деления клеток камбия, это знание можно использовать для раскрытия повышенного потенциала роста стволов деревьев — возможно, для более быстрого производства большего количества древесины.

Исследование опубликовано в Journal of Experimental Botany.